Nachhaltigkeit
Aus Abfall zu Energie – Wie Kiefernbiomasse die Energiespeicherung revolutionieren könnte
Kieferbaum-Batterie
As renewables are becoming a larger part of the power grid, as well as many systems becoming electrified, like heating and transportation, more batteries are needed to balance out the intermittent power generation of solar and wind.
Da erneuerbare Energien einen immer größeren Teil des Stromnetzes ausmachen und viele Systeme, wie Heizung und Verkehr, elektrifiziert werden, werden mehr Batterien benötigt, um die intermittierende Stromerzeugung von Solar- und Windenergie auszugleichen.
Dies stellt die tatsächliche Nachhaltigkeit eines vollständig grünen Stromnetzes in Frage, da Batterien dazu neigen, viele natürliche Ressourcen zu verbrauchen.
Es ist daher wichtig, umweltfreundlichere Batteriedesigns zu entwickeln, idealerweise unter Nutzung von reichlich vorhandenen oder ungenutzten Ressourcen. Die Verwendung weniger seltener Ressourcen sollte zudem die Kosten senken.
This can, for example, include replacing lithium with much more abundant sodium, in either Natrium-Ionen-Batterien or Festkörper-Natriumbatterien.
Eine weitere Option wird derzeit entwickelt: das Recycling von Abfällen aus der Holzindustrie. Forscher an der Universidad Del País Vasco in Spanien nutzen Kiefernbiomasse, um eine neue Art von Batterie zu schaffen. Sie veröffentlichten ihre Ergebnisse im Journal Of Power Source1 unter dem Titel „Ein aus Forstabfällen abgeleiteter Lithium-Ionen-Kondensator: Nachhaltige, leistungsstarke Energiespeicherung“.
Kondensatoren vs. Batterien
When it comes to storing electrical power, there are two main technologies: supercapacitors and batteries.
Batterien sind bekannter und speichern Energie in Form einer elektrochemischen Ladung in Ionen, meist Metallen.
Superkondensatoren funktionieren anders, indem sie die Elektronen an der Oberfläche des Kondensatormaterials speichern. Das ermöglicht ihnen, die elektrische Ladung sehr schnell zu mobilisieren, sodass sie fast sofort große Energiemengen liefern können.
Quelle: Quarktwin
Da keine chemische Reaktion und kein Ionenbewegung stattfindet, sind Superkondensatoren in der Regel deutlich langlebiger als Batterien.
Allerdings haben Superkondensatoren im Allgemeinen eine geringere Gesamtkapazität als Batterien, was ihre Anwendung für die Energiespeicherung einschränkt. Sie neigen zudem dazu, sich im Leerlauf relativ schnell selbst zu entladen, ein Problem für jede Speicheranwendung wie Elektrofahrzeuge und Netzspeicher.
„Superkondensatoren eignen sich nicht dafür, einem System über einen langen Zeitraum Energie zu liefern; im Gegensatz zu Batterien werden sie eingesetzt, wenn wir eine große Energiemenge in kurzer Zeit benötigen.“
Eider Goikolea – Professor an der Universidad Del País Vasco
Hybrid-Kondensator-Batterien
The researchers developed a hybrid system integrating both parts of capacitors and parts of lithium-ion batteries, known as a Li-ion capacitor (LIC).
Die Forscher entwickelten ein hybrides System, das sowohl Teile von Kondensatoren als auch von Lithium-Ionen-Batterien integriert, bekannt als Li-Ion-Kondensator (LIC).
Er enthält die Elektrode eines Kondensators, hergestellt aus Kohlenstoff, und die Elektrode einer Lithium-Ionen-Batterie, hergestellt aus Lithium.
Quelle: Battery Power Tips
Dies ist ein zunehmend beliebtes Konzept, und einige LICs wurden bereits kommerzialisiert und haben sich als kostengünstige Option für stationäre Anwendungen wie Windkraftanlagen und Elektromobilitätsanwendungen wie Straßenbahnen und Elektrobusse erwiesen.
„Dies bietet die Vorteile beider Systeme: Hochleistungsenergie kann gespeichert werden (wie bei Batterien), es kann bei hohen Leistungsstufen arbeiten und ist in der Lage, viele Lade‑Entlade‑Zyklen zu überstehen (wie Superkondensatoren).”
Eider Goikolea – Professor an der Universidad Del País Vasco
Bis jetzt erforderte der Bau von LICs das „Dotieren“: das Hinzufügen anderer Atome zum Kondensatorelektrodenteil. Dies steigert die Leistung, macht die Option jedoch für industrielle Anwendungen weniger attraktiv, da der Herstellungsprozess dadurch komplexer und teurer wird.
Den richtigen Kohlenstoffelektroden finden
One material that is often used in LICs is carbon in various forms.
Ein Material, das häufig in LICs verwendet wird, ist Kohlenstoff in verschiedenen Formen.
Graphit, weil es eine hervorragende Elektronegativität aufweist, ist eine beliebte Option, leidet jedoch unter schlechter Verfügbarkeit.
High-Tech-Alternativen können Graphen, Graphdiyne oder Kohlenstoffnanoröhren sein, mit potenziell noch besseren elektrischen Eigenschaften, sind jedoch noch schwieriger herzustellen.
Quelle: Semantic Scholar
Weitere Low-Tech-Optionen sind weicher und harter Kohlenstoff, die typischerweise aus kohlenstoffreichen Materialien durch thermische Pyrolyse gewonnen werden. Leider führt die stark unregelmäßige Struktur beider zu einer geringeren Leitfähigkeit im Vergleich zu Graphit.
Hier entwickelten die Forscher eine Idee, die sowohl die Qualität des in ihrem LIC verwendeten Kohlenstoffs verbessert als auch Abfallströme aus der Holzindustrie recycelt.
Was wäre, wenn sie eine Kohlenstoffquelle verwenden würden, die bereits auf molekularer Ebene stark organisiert ist, um ihre kohlenstoffbasierte Elektrode herzustellen?
Aktivkohle aus Kiefernholz
The Basque region in Spain, where the researchers are located, is relatively rich in woodlands and has an active wood processing industry. This means that a lot of pine wood biomass is available in the form of sawdust in the surrounding sawmills.
Die baskische Region in Spanien, in der die Forscher ansässig sind, ist relativ waldreich und verfügt über eine aktive Holzverarbeitungsindustrie. Das bedeutet, dass in den umliegenden Sägewerken viel Kiefernholz-Biomasse in Form von Sägemehl verfügbar ist.
Bisher wurde dieses Sägemehl größtenteils als Abfall entsorgt, da die Partikel zu klein sind und nur wenige Anwendungsmöglichkeiten bieten.
Aktivkohle wird durch chemische Aktivierung eines kohlenstoffreichen Materials bei hohen Temperaturen hergestellt, wobei Aktivierungsmittel wie KOH, H3PO4 oder H2O verwendet werden. Beim Karbonisieren behält das Produkt in der Regel die Morphologie und Mikrostruktur des Ausgangsmaterials bei.
Die Forscher stellten aus dem Sägemehl ein kohlenstoffbasiertes Elektrodenmaterial her, wobei sie einen Ofen und einfache (und günstige) Chemikalien wie Kaliumhydroxid und Chlorwasserstoff einsetzten.
Die Forscher stellten fest, dass das Verfahren Kohlenstoffmaterial mit besseren Eigenschaften für Batteriematerialien erzeugen kann als die klassische Produktion von Hartkohle.
Quelle: Journal Of Power Sources
„Kohlenstoff ist ein sehr allgemeiner Begriff, aber es gibt viele verschiedene Arten. Nicht alle Biomasse liefert den richtigen Kohlenstoff für diese Anwendung, aber wir haben gezeigt, dass sehr zufriedenstellende Ergebnisse aus der Biomasse der insignis Kiefer gewonnen werden können.“
Ruiz de Larramendi
Bessere Batterien bauen
With that carbon material, the researchers went on to build their LIC and test it.
Mit diesem Kohlenstoffmaterial bauten die Forscher ihr LIC und testeten es.
Sie stellten fest, dass das experimentelle System eine Energiedichte von bis zu 105 Wh/kg erreichte und nach 10.000 Zyklen noch 60 % seiner Kapazität behielt.
Dies ist eine insgesamt bemerkenswerte Leistung für ein Batteriesystem, da ein beispielsweise an das Netz angeschlossenes LIC-System, das 10.000 Zyklen – also einen pro Tag – durchläuft, nach 27 Jahren noch mit 60 % Effizienz arbeiten würde.
Der Prozess verbesserte zudem die vorherigen kohlenstoffbasierten Elektroden radikal, da er kein schwer herzustellendes Material (Graphen, Nanoröhren usw.) und kein teures Dotieren des Kohlenstoffs erforderte.
Insgesamt war der gesamte Herstellungsprozess relativ einfach und wirtschaftlich, was ihn für kommerzielle Anwendungen vielversprechend macht.
„Der Prozess zur Herstellung der Elektroden war energieeffizient. Die Synthesetemperaturen überschritten nicht 700 °C“, und es wurden wirtschaftliche Zusatzstoffe verwendet.
Ruiz de Larramendi – Professor an der Universidad Del País Vasco
Zukünftige Anwendungen
From a lab prototype to a commercial product, there are many steps that still need to be taken. First, optimizing the lithium-ion component of the LICs will likely allow for higher energy density and maybe even better durability.
Vom Laborprototyp zum kommerziellen Produkt gibt es noch viele Schritte, die zu bewältigen sind. Zunächst wird die Optimierung der Lithium-Ionen-Komponente der LICs wahrscheinlich eine höhere Energiedichte und möglicherweise sogar eine bessere Haltbarkeit ermöglichen.
Zum Beispiel wurde gezeigt, dass Wabenbatteriestrukturen die Haltbarkeit von Lithium-Ionen-Batterien radikal verbessern, und dasselbe lässt sich wahrscheinlich auch für LICs sagen.
Eine weitere Charakterisierung, welches holzige Material geeignet ist oder nicht, sollte ebenfalls durchgeführt werden, um zu erfahren, ob andere Baumarten und Regionen es ebenfalls bereitstellen können.
„Es stellt eine kostengünstige, nachhaltige Alternative zur Verbesserung herkömmlicher Lithium-Ionen-Kondensatoren dar. Aus Biomasse stammende Materialien bieten große Chancen für die Entwicklung umweltfreundlicher, kostengünstiger Hochleistungs-Energiespeichersysteme. Es ist wichtig, diese Forschungsrichtung weiter zu verfolgen.“
Ruiz de Larramendi – Professor an der Universidad Del País Vasco
Wahrscheinlich wird es etwa 5–9 Jahre dauern, bis das erste kommerzielle LIC, das auf dieser Entdeckung basiert, zum Verkauf steht. Dann könnte es die Nachhaltigkeit der Batteriefertigung für elektronische Geräte und die Energiespeicherung erneuerbarer Energien radikal verbessern.
Für Elektrofahrzeuge ist jedoch die etwas geringere Energiedichte im Vergleich zu reinen Batterien wahrscheinlich ein Problem, sodass andere Lösungen wie Festkörperbatterien wahrscheinlich die LICs übertreffen werden.
(siehe auch „5 beste Festkörperbatterie-Aktien zum Beobachten oder Kaufen“)
Investieren in fortschrittliche Batterietechnologien
Batteries are at the center of the trend of electrification, itself a major multi-trillion-dollar endeavor looking to remove fossil fuels from our power sources.
Batterien stehen im Mittelpunkt des Elektrifizierungstrends, einer mehrtrillionen-Dollar-Initiative, die darauf abzielt, fossile Brennstoffe aus unseren Energiequellen zu entfernen.
Sie können in batteriebezogene Unternehmen über zahlreiche Broker investieren, und hier auf securities.io finden Sie unsere Empfehlungen für die besten Broker in den USA, Kanada, Australien, dem Vereinigten Königreich sowie in vielen anderen Ländern.
Wenn Sie nicht einzelne Batterieunternehmen auswählen möchten, können Sie auch in Batterie-ETFs wie den Amplify Lithium & Battery Technology ETF (BATT), den Lithium & Battery Tech ETF (LIT) von Global X oder den WisdomTree Battery Solutions UCITS ETF investieren, die eine diversifiziertere Beteiligung ermöglichen, um vom wachsenden Batterie‑Sektor zu profitieren.
Energiespeicherunternehmen
Tesla
(TSLA )
Der unbestrittene Pionier des EV-Marktes ist Tesla, das an der Spitze der EV‑Revolution steht.
Vielleicht ist der größte Beitrag von Tesla nicht die Technologie, sondern das Image von Elektrofahrzeugen. Der Roadster 1.0, mit einer Leistung, die mit einem Porsche vergleichbar ist (und einem ähnlich hohen Preis), hat die Erwartungen an Elektrofahrzeuge völlig verändert.
Ja, Elektrofahrzeuge können CO₂-Emissionen reduzieren und „grün“ sein. Aber plötzlich trugen sie auch einen „coolen“ Faktor. Das verwandelte Elektrofahrzeuge von einem „notwendigen Opfer zur Rettung des Planeten“ zu „der Zukunft des Transports“.
Tesla strebt außerdem an, das erste Unternehmen zu werden, das vollautonomes Fahren/Robotaxi erreicht, indem es jedes auf der Straße befindliche Tesla nutzt, um einen unvergleichlichen Datenfluss zu erzeugen, der alle kombinierten Wettbewerber übertrifft.
Quelle: Tesla
Zusammen mit Robotiksystemen sowie dem Cortex‑Supercomputer (einem der weltweit größten KI‑Trainingscluster) haben selbstfahrende Autos das Bild von Tesla als ein science‑fiction‑ähnliches Unternehmen, das über Elektroautos hinausgeht, gefestigt.
Quelle: X
Teslas Autos werden von einigen der besten Batterien der Welt angetrieben. Sie wurden zunächst von Panasonic, später von CATL und zuletzt von BYD geliefert, während Tesla gleichzeitig sein eigenes Design produziert.
Zuletzt ist Tesla im Energiesektor aktiv, mit einem Solarpanel‑Geschäft (Solar Roof) und stationären Batterien für Häuser (Powerwall) sowie im Versorgungsmaßstab (Megapack).
Quelle: Tesla
Dies ist noch ein junges Geschäftssegment, könnte aber langfristig genauso groß werden wie der Fahrzeugherstellungsbereich von Tesla.
Es hat bereits 10 GWh Megapack an über 1.500 Standorten installiert, wobei das Installationstempo sehr schnell zunimmt.
Quelle: Tesla
Zwischen den schnell wachsenden Fahrzeugverkäufen und den noch schneller wachsenden Batteriesystemen im Versorgungsmaßstab ist Tesla sowohl ein führender Verbraucher als auch Anbieter von Batterien weltweit.
Und vielleicht bald ebenso ein führender Anbieter von autonomen Fahrzeugen, Robotik und KI.
Tesla ist eines der wertvollsten Unternehmen der Welt, dessen Aktienkurs in den letzten Jahren stark gestiegen ist. Ein großer Teil seiner aktuellen Marktkapitalisierung spiegelt die starke Zuversicht in seine Zukunft wider.
Dies war nach der Euphorie nach der Trump‑Wahl etwas weniger der Fall, die sich offenbar zurückbildet, möglicherweise teilweise wegen Kontroversen rund um Elon Musks Rolle bei DOGE.
Daher werden Investoren, selbst bei beeindruckender Technologie, prüfen wollen, ob der Preis, den sie für Tesla zahlen, durch zukünftiges Wachstum gerechtfertigt ist und ob die Stimmung rund um das Unternehmen noch so stark ist wie früher.
Neueste Nachrichten zu Tesla
Studienreferenz:
1. Jon Rodriguez‑Romero, Idoia Ruiz de Larramendi, Eider Goikolea. (2025). Journal of Power Sources. Band 629, 15. Februar 2025, 235961 https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S037877532401913X?via%3Dihub
